与室外景观一体化的人工降雨系统技术研究

【摘 要】近年来与室外景观一体化的人工降雨系统技术研究刚刚起步，虽有个别实例已见诸媒体报道，但技术水平相对简单，科技含量不高，仅仅是在室外安装了若干采用自来水源的立置旋转水喷头，且应用面积较小，多属于小区改造性质，因而不能与小区的景观很好的整合。该技术在笔者所在项目的应用与室外景观同步研发、同步建设、同步交付且与景观设施融为一体的人工降雨系统在目前国内新建住宅小区尚无先例。

【关键词】室外景观；一体化；人工降雨系统

1.工程概况

笔者所在项目位于陕西省西安市，总占地约200亩，规划总建筑面积约46万平方米，共分三期开发，项目预计总投资15亿元。本科研项目研发所依托的为其二期工程，二期工程总占地面积约93亩，规划总建筑面积约24万m2，可容纳住户1820户。本项目研发团队始终坚持以“保护生态环境”和“改善人居环境”为主题的研发理念，在汲取一期工程研发经验的基础上进行了技术升级，将室外环境技术、绿化喷灌技术、雨水回收利用和景观设计进行了集成，实现了“环保、节能、新颖、实用”的有效统一。

2.与景观一体化整合方式选择

目前市场上的各种室外喷灌系统大多为埋地安装，功能单一，且受喷头高度的限制，无法满足本研发项目所要求的通过喷水进行室外空气调节的功能；也有少数采用地上固定安装的喷灌系统，由于在住宅小区内由于不能和室外景观很好的结合，难免对环境美观造成一定的破坏。

本技术的系统原理是利用水压将水通过与水源连接的管道、喷头等均匀的喷洒出去，并形成稳定的降水覆盖面积。虽然原理上并不复杂，但如何做到降雨系统与室外景观的融合才是本课题的研究重点和难点之一。经过深入研究：考虑到小区内喷水点的需要分散设置以达到足够的覆盖面，因此所需数量较多；如果埋地或独立地上固定安装将存在前述的缺点，因此将其与小区内同样需要分散设置的室外照明庭院灯进行一体化整合，成为首选的研发方向。

通过与生产厂商反复进行技术协商，采用定制加工的灯柱可将喷水支管暗装其中、将喷头装于灯柱顶端，从而实现将二者融为一体的目的。

3.人工降雨系统的布置原则及参数选择

在初步确定系统支管安装方式后，现场进行了实验测试，以选择合适的喷头并对其性能参数进行验证。本次测试中采用了美国雨鸟（RAINBIRD）3500系列自旋转喷头，该喷头的喷嘴和喷洒角度均可进行调节设置，通过实验，在市政自来水供水压力（0.4MPa）和微风条件下，不同喷嘴型号的射程（作用半径）实测数据如下：

3.1根据园林喷灌技术要求，喷头的组合布置方式一般有以下几种：

3.2根据室外公共照明的应满足一定照度的要求，喷头的间距尚应结合庭院灯柱的间距（景观设计时按12m左右采用）布置，令喷头间距L=12m代入上表“三角形布置”有关公式可得：R=7m，b=10.5m。结合本项目现场的实测数据，应将喷嘴孔径设置为2mm。此时单个喷头的有效控制面积S=2.6*72≈127m2。

3.3在进行平面布置时，除需考虑喷头本身的性能外，还必须同时综合考虑土壤的喷灌强度、水源条件、是否能够尽可能覆盖小区室外绿化及道路以及室外喷淋不应对邻近住宅造成影响等因素。

⑴组合喷灌强度可按下式计算：

ρ组合（mm/h）=1000q/A

式中：q为单喷头的流量（m3/h）；A为单喷头的有效控制面积（m2）

根据本项目选定的相关参数，ρ组合=1000*0.32/127=2.5mm/h，小于本地区土壤类别的允许喷灌强度ρ允许=8 mm/h，即水落到地面后能立即渗入土壤而不出现积水和地面径流。

⑵考虑到喷水点数量较多，因此在进行方案设计时应考虑分区控制。在项目研发时，我们结合室外景观的组团分区将人工降雨系统划分为相对独立的8个区，每个区均设置水源。

⑶系统应可能覆盖小区室外绿化及主要道路，以满足绿化喷灌和洒水降尘等功能要求，因此在进行景观设计时需要以上述选定的技术参数为基础对布置方案进行适当调整，最终确定喷头数量为128个。为简化计算将小区喷头布置全部按“三角形布置”考虑，则总的有效控制面积为：128*127=16256m2；室外面积约22724m2（包含绿化、道路及硬质景观），有效覆盖率为72%。

⑷为突出“以人为本”的研发理念，室外人工降雨系统不应对居民生活造成不利影响，因此在少数靠近住宅楼的喷水点，需要对喷头的喷洒角度进行调校，采用扇面喷洒，防止将水溅入住宅室内。

3.4、在上述主要参数全部选定后，根据喷头理论流量、组合布置形式和分区内的喷头数量，进而确定各分区的给水主管和支管管径。

4.雨水回用方式选择

由于项目所在的西北地区属于缺水地区，为提升本技术的节能水平，在研发时考虑对雨水进行回收利用，以降低用水消耗，保护水资源。确定了以下两种雨水回用方式：

⑴以景观水池为雨水收集蓄存设施，对雨水进行回收利用；

⑵在地下车库顶板上方设置渗排水层，将其上方的绿地土壤入渗雨水通过盲沟导入雨水储存设施，经沉淀池净化处理后作为人工降雨系统的补充水源，同时也有效避免了雨水对绿植根系的长期浸泡伤害。

5.方案的制定与实施

5.1室外降雨系统平面布置

雨水沉淀池和地下车库顶板雨水入渗收集做法如下，对于小区中央景观水池本身作为雨水储存设施兼具雨水沉淀的功能，故其旁边的沉淀池可相应减少一级。由于雨水具有季节性的特点，在采用雨水水源的同时，仍保留市政自来水源作为备用。

5.2雨水回用量计算

根据2009-2011年度《中国统计年鉴》，西安地区近三年的年均降雨量分别为525.2mm、660.3mm、527.3mm，在进行雨水计算时按三年平均值571mm取值。

本项目主要采用景观水池和地下车库顶板上方的绿地入渗两种方式对雨水进行收集，水池面积约300m2，地下车库顶板面积约1080m2，两种方式的年雨水收集量分别为：

Q1=571*300/1000=171.3m3

Q2=571*1080/1000*（1-0.2）=493.3m3（式中0.2为《室外排水设计规范》规定的绿地径流系数）

上述计算未考虑雨水蒸发的因素；在计算雨水入渗量（Q2 ）时为简化计算按地面径流之外的雨水全部入渗土壤并被收集考虑。

根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》“雨水可回用水量按雨水收集水量的90%～95%计”，因此本项目的年雨水回用量为：

Q=0.9*（171.3+493.3）=598m3

6.实施效果的检验

测试结果显示人工降雨系统在降低环境温度方面的作用比较显著：小区空气温度从35℃降到30.5℃，由降水引起的实际空气温度下降4.5℃；而地面温度则从42℃降到34℃，由降水引起的地面温度下降为8℃。

7.结语

室外人工降雨系统可根据不同的天气条件对室外空气的湿度与温度进行调节，通过与室外景观的有机结合，能够有效提升小区的空气质量，缓解“城市热岛效应”，使区域生态环境得到一定的恢复和改善。同时该系统兼具绿化喷灌、抑制扬尘、净化空气的作用，具有广泛的推广应用前景。